CN1304576A - 碳换向器 - Google Patents

Abstract

一种电马达的圆柱体型或者面型碳片换向器组件(12c)包括分段换向表面(22c),该换向表面(22c)由换向器部分(14c,18c)的环形布置限制出,每个部分包括碳片(18c),而碳片被连接到相应的导体部分(14c)上。为了形成组件,环形碳圆柱体(20c)被复制模制到铜坯料(70c)上,径向槽(54c)形成于与换向表面相对的碳圆柱体的内表面内。绝缘体轮毂(24c)被复制模制到碳圆柱体上,并且被复制模制到径向槽内。然后,从换向表面到填充有绝缘体的槽之间向内机加工出槽(56c),从而使这些换向器部分绝缘。剩下来的绝缘体材料机械地联锁住这些部分。在其它实施例中,换向器组件(100)通过下面方法来形成:在复制模制出轮毂(112)和切割出槽(108)从而使换向器部分(106)绝缘之前,把碳圆柱体(142)焊接到导体部分(102)上。

Description

碳换向器

这是1997年10月3日提交的、美国申请序列号08/937307部分上的连续申请。

技术领域

本发明总体上涉及电马达的碳片换向器(Commutator)和它的制造方法。

背景技术

有时，永磁直流马达用于浸没式燃料泵应用中。这些马达一般采用面型换向器或者圆柱型或者桶形换向器。面型换向器具有平的、圆形换向表面，该换向表面设置在垂直于电枢旋转轴线的平面上。桶形换向器具有弧形、圆柱形换向表面，该换向表面设置在圆柱的外侧表面上，并绕着电枢旋转轴线而共轴线地设置。与换向表面形状无关，用于浸没式燃料泵应用中的电马达一定得小和紧凑，一定得具有较长的使用寿命，可以在易腐蚀的环境中进行工作，制造和工作费用一定得低，并且基本上不需要维护。

有时，浸没式燃料泵马达一定工作在含有氧化合物如甲醇和乙醇的流体燃料介质中。酒精增加了燃料的导电性，因此增加了电化反应，而电化反应除镀任何露出到燃料中的铜马达元件。为此，有时用碳和碳成分形成带有马达的切断的换向表面的碳片。这是因为碳换向器不能被腐蚀或者“除镀”，如铜换向器一样。带有碳片的换向器还一般包括金属接触部分，这些接触部分与碳片处于电接触，并且提供把每个电接触物理地连接到电枢线圈金属丝上的未端。

通过首先模制和热处理可模制的碳化合物，或者机加工热处理过的碳或者碳/石墨块，从而形成碳换向器，这些是公知的。这种布置公开在德国专利公开3150505.8中。然后，换向器绝缘轮毂被形成来支撑金属基体。在碳接合到金属基体之前或者之后，轮毂可以直接模制成金属基体。然后，通过碳制品和金属基体来机加工出槽，从而把碳制品和基体分离成许多电绝缘的片。还需要机加工出换向器的内径、外径和换向表面。

在把完工的换向器装配到电枢之后，在最后的复制模制(overmolding)工序中，蛤壳型模可以设置在新近装配好的换向器电枢的上方。就面型换向器而言，该蛤壳型模的开口端形成来以这样的方式绕着换向器进行密封：留下露出来的换向表面。然后把绝缘体材料喷射到蛤壳型模中。一旦绝缘材料固化，那么除去蛤壳模。这种最后的复制模制步骤可防止铜电枢绕组和其它易腐蚀元件与周围流体如氧化燃料进行化学反应。复制模还确保金属丝减少应力故障的可能性，并且保持合适的动力平衡水平。在泵中，复制模还将减少空气阻力损失。

在制造这种具有金属基体的碳换向器时，把切口机加工到金属基体中或者机加工成通过金属基体，产生了金属片。这些金属片堵塞在产生电失效的碳片之间的槽中。机加工到金属基体中还露出了基体的切口部分，从而使氧化燃料产生腐蚀效果。

在机加工换向器的碳和金属基本部分从而形成电绝缘片的地方，提供一些型式的支撑结构来加强换向器，并且机械地把碳片和导体部分结合起来。这种支撑结构有时需要换向器具有相当大的辅助轴向空间，该轴向空间增加了电枢换向器组件的总体轴向长度，和或减少了绕在电枢上的金属丝的大小和数量。

对一些种类的导电树脂接合碳成分而言，当它固化时，绝缘表面层实质上形成在该成分的外部表面上。这个表面层形成了碳成分和金属导体部分之间的电接触的阻碍。因此，使用了这种成分的碳换向器一定提供了通过绝缘表面层的电通道。

一种解决这些问题的方法公开在美国专利5386167中，该专利于1995.1.31授权给Strobi(Strobi专利)。该Strobi专利示出了具有8个碳片的面型换向器，这些碳片由导电树脂接合的碳成分(Composition)形成。为了避免与加工成金属基体有关的问题，碳片通过下面方法来形成：把碳盘复制模制到8个饼片型铜片上，然后在这些片之间径向切开，从而形成电绝缘碳片。塑料基体使铜片安装在复制模制碳的位置上，并且在碳片之间提供机械联锁。但是，塑料基体增加了换向器的轴向厚度。此外，Strobi专利没有提供这样的结构：该结构提供通过碳成分表面层的电通道，或者该结构可以减少电阻。

1982年11月9日授权给Yoshida等人的美国专利No.4358319公开了一种圆柱体型碳换向器组件，该换向器组件包括碳片的环形圆柱体布置。每个碳片具有半圆周侧表面，从而与与电刷形成物理和电接触。保持槽绕着碳片布置的内圆周表面而延伸。这些碳片借助于纵向切口相互之间电绝缘。具有绝缘材料的轮毂设置在环形碳片布置的内部并且在每个碳片的顶端处接合保持槽。

为了制造这种换向器，Yoshida等人公开了一种方法，该方法包括这些步骤：形成带有保持槽的环形碳圆柱体，复制模制带有绝缘体材料的碳圆柱体，从而形成轮毂，并且在复制模制好的圆柱体上机加工出槽从而形成电绝缘的桶形片。借助于直接把电线焊接或者粘接到碳片它们本身上来形成碳片和线圈电线之间的电连接。

Bosch公司供给Mercedes Benz公司的燃料泵示出了圆柱体型换向器，该换向器包括由碳片的圆柱体布置所形成的圆柱体换向表面。碳片的径向内表面形成了碳片布置的复合内圆周表面。借助于焊接到碳片的相应径向内表面上的铜基体部分，碳片电连接到相应的线圈电线上。每个铜基体部分包括支撑线圈电线端部的终端。

Bosch换向器表明通过把铜基体的管状部分安装和焊接到碳圆柱体的内圆周表面来形成。然后，形成径向切口，从而形成碳片和铜基体部分并使它们相互电绝缘。复制模制好的绝缘体把碳片和铜基体部分安装在一起。这个过程需要铜基体制造成包括电线终端和管状部，该管状部高精度公差地安装在碳圆柱体的内圆周表面。Bosch工艺还需要在碳圆柱体的内圆周表面和铜管的外径之间执行难度高的焊接工作。

1993年10月26日授权给Farago等人的美国专利No.5255426公开了一种面型碳换向器，这种碳换向器通过首先形成包括细颗粒电级碳的环形或者扭曲(torroidal)的碳圆柱体来制造。接下来，把圆柱体底端面电镀一层镍。然后，把铜层电镀到镍镀层上。然后，把圆柱体的、电镀过的底端面焊接到安装在预模制的轮毂上的、冲压出的和形成的铜基体上。然后，把横向槽轴向向下地机加工成与碳圆柱体的底面相对的顶换向面。这些槽沿轴向被切成通过碳和铜基体，从而形成电绝缘的碳/铜换向器部分。在机加工出这些槽之后，预先模制好的轮毂继续把电绝缘换向器部分安装在一起。

所需要的面型和圆柱体型碳片换向器比较坚固，并通过碳片和金属基体之间的增加的电接触形成较小的电阻。还有，所需要的方法可以制造这种换向器，而这种方法快、容易并且不贵。

本发明的概述

根据本发明，提供了一种电马达的碳片换向器组件。换向器组件包括：至少两个沿圆周方向间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置。该组件还包括至少两个沿圆周方向间隔布置的碳片的环形布置，这些碳片由导电的碳成分形成。每个碳片至少复制模制成一个与一个导体部分相应的表面。该环形布置限制出换向器的分段换向表面。复制模制好的绝缘体轮毂绕着碳片并且设置在这些碳片之间。绝缘体轮毂机械地联锁住碳片并且包括外表面。本发明的特征在于：每个导体部分至少具有一个导体突出部，该突出部至少局部地嵌入在相应的一个经复制模制的碳片中。借助于增加每个导体部分和它的相应碳片之间的接触表面积，该嵌入的导体突出部减少了电阻。

附图的简短说明

为了更好地理解和知道本发明，结合附图参照下面的详细描述：

图1是根据本发明构造而成的碳面型换向器组件的顶视图；

图2是沿线2-2截取的、图1的换向器组件的横截面视图；

图2A是图2所示的另一个换向器组件结构的横剖面视图；

图3是图1的换向器组件的侧视图；

图4是根据本发明为形成面型换向器而从正方形铜坯料中冲压成形的铜导体部分的布置的顶视图；

图5是图4的冲压成形的铜坯料的侧视图；

图6是根据本发明的、把碳成分环复制模制到图5的冲压成形的铜坯料上的顶视图；

图7是沿着图6的线7-7截取的、图6的经碳复制模制的冲压成形的坯料的横截面图；

图8是图6的碳经复制模制的冲压成形的坯料的底视图；

图9是蛤壳型模的局部横截面、局部切开透视图，该蛤壳型模环绕着装配到根据本发明构造而成的换向器组件上的电枢而设置；

图10是根据本发明构造而成的另一个导体部分的透视图；

图11是根据本发明构造而成的另一个导体部分柄舌的顶视图；

图12是根据本发明构造而成的圆柱体型换向器的透视图；

图13是沿图12的线13-13截取的、图12的换向器的横截面前视图；

图14是沿图13的线14-14截取的、图12的换向器的横截面顶视图；

图15是图12的圆柱体型换向器或者图30的面型换向器的碳片的底端面上的电镀过的金属层的放大局部视图；

图16是图12的换向器的基体部分的顶视图；

图17是图16的基体的横截面前视图；

图18是图12的换向器的碳圆柱体部分连接到图12的换向器的基体部分上的横截面前视图；

图19是图18的圆柱体和基体的顶视图；

图20是图18的圆柱体和基体的另一个实施例的顶视图；

图21是根据本发明构造而成的另一个圆柱体型碳换向器组件的顶视图；

图22是图21的另一个圆柱体型碳换向器组件的前视图；

图23是沿线23-23所截取的、图21的换向器组件的横截面视图；

图24是根据本发明的、从正方形铜坯料中冲压出铜导体部分布置从而形成圆柱体型换向器的顶视图；

图25是根据本发明的、把碳成分环复制模制到图24的冲压过的铜坯料上的顶视图；

图26是沿图25的线26-26所截取的、图25的碳复制模制、冲压过的坯料的横截面侧视图；

图27是复制模制有电绝缘材料的轮毂的、图25的碳复制模制的、冲压过的坯料的顶视图；

图28是沿着图27的线28-28所截取的、图27的复制模制过绝缘体的、复制模制过碳的冲压过的坯料的横截面侧视图；

图29是根据本发明构造而成的另一个碳面型换向器组件的顶视图；

图30是沿图29的线30-30所截取的、图29的换向器组件的横截面视图；及

图31是图13和图30所示的碳的金属化层和铜基体之间的焊接结合的放大视图。

优选实施例的详细描述

在图1-3和9中，一般用12来表示电马达的平面型过模(overmolded)碳片换向器组件。在图21-23中用12c来表示过模碳片换向器组件的圆柱体型实施例。在其它情况下除非标明，那么图1-8中所示的面型换向器组件的特征的下面描述部分可以同样地应用到图21-28所示圆柱体型实施例的相同标号的特征上。当面型换向器的相应特征表示在图1-8中时，图21-28所示圆柱形型实施例的特征将带有后缀“c”。

面型换向器组件12包括8个沿圆周方向间隔布置的导体部分的环形布置，在图1-11中这些导体部分一般用14来表示。每个导体部分14是薄的、平的、基本上呈三角形的铜片。如图1-9所示一样，导体部分14环绕着换向器旋转轴线16进行布置。每个导体部分14具有与所有其它导体部分14相同的、总体上呈扇形的形状。换句话，最好如图4所示一样，每个导体部分14具有饼式片的形状，该饼式片由圆形、径向切开的饼形体切割而成。

通常如图1、2、8和9所示一样，换向器线件12还包括8个沿圆周方向间隔布置的碳片18的环形布置。每个碳片18具有与所有其它碳片相同的、总体上呈扇形的形状。碳片18最初形成为单个环形碳盘，如图6中20所示一样。在被切割成8个相等的碳片18之前，碳盘20由导电的、树脂粘合的、可塑的、导热的碳成分形成。碳盘20或者“复制模”(overmold)被复制模制成导体部分14布置，因此当该盘20被切割时，每个碳片18被留下来了，从而形成了相应的一个导体部分14的上表面。碳片18的环形布置具有切断的、圆形的上表面22，而该上表面22用作换向器的分段换向表面。

图1-3中一般用24来表示的、经复制模制的绝缘体轮毂沿着圆周方向绕着碳片18和导体部分14、在它们之下和在它们之间进行设置。结合时，绝缘体轮毂24机械地联锁住碳片18。绝缘体轮毂24具有通常是圆柱形的形状，该圆柱形具有共轴线地沿着换向器旋转轴线16的圆柱形电枢轴孔26。如图9所示一样，圆柱形电枢轴孔26被成形来安装电枢轴28。

每个导体部分14具有两个成一体的向上的导体突出部，该突出部在图4和5中用30表示。导体突出部30从导体部分14的上表面32的相对对角的边缘处延伸。当碳成分复制模制成导体部分14的布置时，向上的突出部30嵌入在复制模块20中。在碳盘20切成片18之后，每个导体部分14的每个向上突出部30保持嵌入在相应的一个经复制模制的碳片18中。由于它们的形状和位于碳片18内，因此，通过在每个导体部分14和它的相应碳片18之间增加表面积接触，嵌入的突出部30减少了电阻，这些将在下文中将作更加详细的讨论。

在导体部分14布置中的导体部分14的每一个包括圆形导体部分小孔，在图2和4中这些小孔用34来表示。导体部分的小孔34设置在接近每个导体部分14的内顶点36和外部半圆周边缘38之间的中间部分处。如图4和6-8所示一样，矩形顶接头40处于每个导体部分14的内顶点36上。最好如图1-3所示一样，柄舌42从每个导体部分14的外半圆周边缘38整体地和径向地向外延伸。

如图4和5所示一样，导体突出部30是弯起的部分，该部分成整体地从导体部分14处向上延伸。每个导体部分14包括两个这种弯起的突出部30。每个弯起突出部30的形状是细长的并呈矩形，该弯起突出部30沿着下部细长边缘从各自导体部分14处弯起(即，轴向向外弯曲)。

每个导体部分14嵌入在绝缘体轮毂24和一个经复制模制的碳片18之间。每个导体部分14的柄舌42从绝缘轮毂24向外径向突出。

最好如图1和8所示一样，每个碳片18具有径向切开的圆饼形片的一般形状，即具有与每个导体部分14相同的一般形状。但是，每个碳片18比每个导体部分14更长、更宽和更厚。每个碳片18具有内顶壁44和外部半圆周壁46。每个碳片18的内顶壁44和外圆周壁46这两者具有阶梯外形，而这些阶梯外形各自限定出内架掣子48和外架掣子50。

碳片18由石墨粉和载体材料的注模和硬化成分制成，而石墨粉构成了总成分重量的50-80％。载体材料最好是聚苯撑硫(PPS)树脂。同时，这种成分适合于实现本发明，根据所使用电枢的应用，现有技术中公知的其它碳成分适合用于本发明。

在其它实施例中，金属微料嵌入在碳粉未和载体材料的成分中，从而通过提高碳片表面导电性来减少每个导体部分和它的相应碳片之间的电阻。在这些实施例中，成分中的总的金属含量少于25％。金属微料具有一个或者多个许多不同形状，从而包括粉未片。金属微料最好由银或者铜形成。

在图1、2、3、7和8中，一般用52来表示径向空隙，而这些空隙分开了碳片18。每个空隙52具有内槽部分54和外槽部分56。内槽部分54在复制模制(overmolding)碳的时期形成。外槽部分56通过机加工换向表面22来形成。

绝缘体轮毂24具有平的上表面和下表面，而这些上表面和下表面靠近圆周侧壁的上边缘和下边缘而设置。圆周轮毂侧壁垂直于轮毂24的上表面和下表面而设置。最好如图2所示一样，电枢轴小孔26包括上部截锥形(frusto-conical)部分58和下部截锥形部分60，这些锥形部分从较大的上部和下部外径向内逐渐变小从而形成较小的内径。电枢轴小孔26的内部62沿着轴线长度具有恒定的直径，即较小的内径。

图2A中一般用12a来表示另一个碳片换向器组件结构。图2A中，带有后缀“a”的标号表示还出现在图2实施例中的元件的另一种形状。在一部分这种描述中使用了涉及图2的标号的地方，这意味着那部分的描述同样适用于在图2A用具有后缀“a”的标号来表示的元件。如图2A所示一样，每个碳片18a嵌入一个导体部分14a。这种布置使每个碳片18a和它的相应导体部分14a之间的强度和电接触面积达到最大。

空隙52的内槽部分54填充有轮毂24的绝缘体材料。轮毂绝缘体材料还环绕着碳片18布置的圆周而设置，并嵌入每个碳片18的外架掣子50中。形成电枢轴小孔26的轮毂绝缘体材料还嵌入每个碳片18的内架掣子48中。

最好如图3所示一样，绝缘体轮毂24包括圆周接合区64，该接合区64完全绕着绝缘体轮毂24的圆周侧壁而延伸。接合区64具有轴向宽度，该轴向宽度从突出的导体部分柄舌42中延伸到空隙52的未填充的外槽56中。如图9所示一样，圆周接合区64提供圆周密封表面从而与蛤壳型模67的相应表面65相配合。蛤壳型模67用在最后的绝缘复制模制工序中，而下面将详细地解释该工序。

轮毂绝缘材料包括填充玻璃的酚，而该酚可从曼彻斯特康涅狄格的Rogers公司买到，它的商业名称为“Rogers660”。适合于用来取代Rogers660的其它材料包括高质量的工程热塑性物质，即受到温度变化时显示高度稳定性的热塑性物质。

在其它实施例中，导体部分14和碳片18的环形布置各自包括多于或者少于8个部分。还有，碳成分的载体材料包括最多达80％的碳石墨填充物的酚醛树脂、热固性树脂或者不是PPS的热塑性树脂，如液晶高聚合物(LCP)。PPS和酚型树脂这两者承受长期地暴露在燃料和酒精中。其它实施例还采用圆柱形或者“桶”型的换向器组件12，而不是图中所示的面型换向器。

在其它实施例中，导体部分突出部30具有任何一种或者多种大量可能的形状，这些形状设计来提高铜表面接触上的碳。例如，如在图4和5中用14来表示的一样，没有包括导体部分的单个弯起部分，突出部分代之以包括分离的元件，这些元件在弯起的指状物66的作用下卷进位置，而该弯起的指状物66如图10所示一样从导体部分14’处延伸。还如图10所示一样，分离元件30’可以采用若干窄的、细长的金属股。在图10中，通过弯曲金属指状物66使之远离导体部分14’和在金属丝上方卷指状物66，从而使金属股的金属丝树枝状的束被卷到导体部分14’中。

如图11所示，其它实施例包括柄舌42”，该柄舌形成有终端68，而每终端68包括一对用来安装绝缘电线的槽，即绝缘移动型终端。当绝缘电线被横向压进一个这样的槽时，限定出该槽侧边的金属边缘贯穿并分开金属丝绝缘，从而露出和形成与金属丝的电接触。

在使用绝缘移动型柄舌终端68的实施例中，在电枢绕组工序中或者在该工序之后，从电枢绕组69处延伸的金属丝被压入各自的未端42”中。这消除了把金属丝焊接到或者热立桩(heat-stake)到柄舌终端68的需要。

如图1-10的面型换向器组件12一样，图21-23所示的圆柱体形复制模制碳片换向器组件12c包括12个沿圆周方向间隔布置的铜导体部分14c的环形布置和12个沿着圆周方向间隔布置的碳片18c的环形布置，而铜导体部分14c绕着旋转轴线而布置。但是，不象面型换向器组件12一样的是，圆柱体型换向器组件12c的碳片18c的环形布置限制出分段合成的外圆周或者圆柱形换向表面22c，而不是平的、圆形的换向表面。

每个碳片18c复制模制成相应一个导体部分14c的上表面和下表面32c和33，而导体部分14c形成了换向器部分168的环形布置，如图22-26所示。每个导体部分14c嵌入在一个碳片18c中，并且包括导体柄舌42c，该柄舌42c从碳片径向向外延伸。最好如图22和23所示一样，每个导体柄舌42c在它从它的相应碳片18c伸出来的位置上向下轴向地弯曲90度，然后倾斜地向上和向外弯曲。

如图26所示，换向器部分168的环形布置包括轴向顶端面170、轴向底端面172和内圆周表面76c。复制模制绝缘体轮毂24c设置在换向器部分168的环形布置的轴向顶端面、底端面和内圆周表面170、172、76c上，从而机械地联锁住换向器部分168。最好如图23和28所示一样，绝缘体轮毂24c一般是筒形，并且包括上部环形盘状部分174、下部环形盘状部分176和轴部178，而轴部178把两个盘形部分174、176连接起来，并且占住了由换向器部分168的内圆周表面76c所限制出的圆柱形空间。中心轴线的电枢轴孔26c通过绝缘体轮毂24c的轴部178，并且同心地设置在换向器部分168的内圆周表面76c内。

如图23、25、26和28所示，通常是圆形的共轴线保持槽180设置在与底端面172相对的、换向器部分168的环形布置的顶端面170上。环形突出部从绝缘体轮毂的上部盘形部分174向下轴向共心地延伸，并且占住保持槽180。

实际上，上面所描述的面型碳换向器组件和圆柱体形碳换向器组件12、12c都借助于首先形成导体部分14、14c的环形布置来构成。这个通过从单个铜坯料70、70c中冲压出环形布置来实现，如图4、5所示一样，从而用在面型换向器组件12上，及如图24、25和27所示一样，从而用在圆柱体型换向器组件12c上。在每种情况下，冲压过程中留下了每个导体部分14、14c，而导体部分14、14c借助于薄的、径向延伸的金属带72、72c连接到铜坯件70、70c的未冲压外边缘74、74c上。该薄的铜带72、72c允许外边缘74、74c起着支撑环的作用，该支撑环使导体部分14、14c安装就位，接着冲压，从而进行换向器构造过程的后续步骤。

然后借助于把碳成分模制到环形导体部分14、14c布置的上表面32、32c上，从而形成如图6和8所示的面型换向器组件12的和如图25、26和28所示的圆柱体型换向器组件12c的碳复制模20、20c。碳成分以这种方式复制模制，从而完全盖住导体部分14、14c并且机械地联锁导体部分14、14c。在构成圆柱体型换向器组件12c时，碳成分还被模制到导体部分14c布置的下侧表面33上。这有效地把导体部分14c嵌入到碳复制模20c中。

在碳的复制模制(overmolding)过程中，碳成分流进每个导体部分的孔34、34c中，并且流过每个导体部分的每个边缘。但是，在构造面型换向器组件时，并且最好如图4、6和8所示一样，每个换向器部分14的顶接头40被留下来，从而露出碳复制模20。这些顶接头40向内径向延伸到电枢孔26内。

在构造面型换向器组件12时，碳成分还包围整体的、向上翻转的导体突出部30。这使得突出部30延伸通过绝缘表面层的厚度，在碳成分硬化时，该绝缘表面层在特性上形成于碳复制模20的外部表面上。借助于延伸通过绝缘表面层，通过增加碳和铜之间的表面积接触大小，突出部30用来减少接触电阻。

在面型和圆柱体型换向器组件12、12c的碳复制模制过程中，空隙52、52c的径向槽部分54、54c被模制成碳复制模20、20c的内表面76、76c，而该内表面76、76c与换向表面22、22c相对并且位于导体部分14、14c之间。在面型换向器组件12的情况下，该内表面76是碳复制模20的平底表面，该平底表面轴向地位于平的换向表面22的相对侧上。在圆柱体型换向器组件12c的情况下，内表面76c是内圆周表面，该内圆周表面径向地与外圆周换向表面22c相对。在每种情况下，另一方面，槽54、54c可以借助于其它的公知方法如机加工来形成。

如图1-3和27及28所示，然后，借助于第二复制模制工作来形成轮毂24、24c，轮毂24、24c用轮毂绝缘材料来盖住碳复制模20、20c和导体部分14、14c布置。在轮毂复制模制过程中，轮毂绝缘材料包围一部分碳复制模20、20c和导体部分14、14c。轮毂绝缘材料还完全填满径向槽54、54c，而在碳复制模制过程中，径向槽54、54c已经形成于碳复制模20、20c的内表面76、76c上，即空隙52、52c的内部槽部分54、54c。在轮毂复制模制工作结束之后，只有碳复制模20、20c的换向表面22、22c被留下来从而被露出。

在面型换向器组件12的情况下，当绝缘轮毂24被复制模制时，绕着碳片18布置的圆周所形成的绝缘材料还流过每个碳片18的外架掣子50，最好参见图2。绕着电枢轴孔26所形成的绝缘材料流过每个碳片18的内架掣子48。轮毂绝缘材料在每个碳片18的内架掣子48和外架掣子50上方硬化之后，并且绝缘材料在碳片18和导体部分14的下方硬化之后，硬化过的轮毂绝缘材料用来使碳片18相互之间机械地保持住。此外，硬化过的轮毂绝缘材料辅助地把碳片18保持到它们相应的导体部分14上。

在圆柱体型换向器组件12c的情况下，当绝缘轮毂24c被复制模制时，在碳复制模20c的上部轴向表面上方所形成的绝缘材料也流到圆形保持槽中，最好如图28所示一样。当轮毂绝缘材料在保持槽内已经硬化之后，并且绝缘体已经硬化之后，该硬化过的轮毂绝缘材料用来使碳片18、18c相互之间在它们的环形布置中机械地保持住。

在构造面型换向器组件和圆柱体型换向器组件12、12c时，在把轮毂24、24c复制模制到碳复制模20、20c和导体部分布置之后，未冲压的铜坯料70的一部分外边缘74、74c从复制模绝缘轮毂24、24c的周围中修理掉。一旦边缘74、74c被切割掉，那么每个导体带72、72c被弯曲从而形成每个连接带72、72c的短柄舌42、42c，短柄舌42、42c被留下来从而从轮毂24、24c的外圆周表面径向向外地伸出。因此设置和形成了柄舌42、42c，从而用来把每个导体部分14、14c连接到电枢线上，而电枢线从电枢绕组中进行延伸。

最好如图1-3和21及23所示，然后借助于把从碳复制模20、20c的露出换向表面22、22c向内延伸的、浅的径向槽56、56c机加工到下面的径向槽54、54c，从而形成与电绝缘的碳片18、18c的环形布置。这些槽56、56c可以借助于接触或者非接触的机加工技术来形成，这些机加工技术包括使用锯齿状部的这些，但不局限于这些。

由于径向槽56、56c直接覆盖径向槽54、54c，即轴向或者径向与径向槽54、54c对准，这些径向槽56、56c完全贯穿碳复制模20、20c，并且稍稍地切入到占住径向槽54、54c的绝缘材料。这就确保了碳复制模20、20c被贯穿并且碳片18、18c间完全被分离开及相互之间产生电绝缘。因此，充满绝缘体的径向槽54、54c和径向槽56、56c相遇在换向器的内部并在碳片18、18c之间形成上述的空隙52、52c。

在面型换向器组件12的情况下，每个空隙52的充满绝缘体的径向槽部分54接近构成了每个空隙52的轴向深度的一半。在圆柱体型换向器组件12c的情况下，每个空隙52c的充满绝缘体的径向槽部分54c接近构成了2/3的每个空隙52c的径向深度。因此，在每种情况下，切割每个空隙52的剩余部分只需要相对较浅的槽56、56c。

如图9中示意性地所示出的面型换向器组件12一样，总成的换向器组件12装配到电枢组件80中。然后，把蛤壳型模67设置在最新装配好的换向器-电枢组件上，而换向器-电枢组件在图9中一般用81来表示。在把蛤壳型模67设置在换向器-电枢组件81上的同时，蛤壳型模67的密封表面65环绕着圆周接合区64形成了密封。然后，把绝缘材料喷射到蛤壳型模67中。一旦绝缘材料固化，那么可以拆下蛤壳型模67。这个最后的复制模制步骤用来保护铜电枢绕组69和其它易腐蚀元件与周围流体如汽油进行化学反应。

根据本发明来完成的换向器制造过程包括无铜机加工，因此不会产生堆积在碳片18、18c之间的铜屑和片。此外，没有留下来的铜露出来与周围流体如汽油进行反应。

由于根据本发明构造而成的换向器组件12在它的换向表面22、22c上只需要浅的槽56、56c来电绝缘碳片18、18c，因此完工的换向器组件12、12c较坚固，并且更好地防止了破碎。在面型换向器组件12的情况下，作为较坚固的换向器组件的替换实施例，换向器组件12的轮毂24可以设计成轴向较短，从而允许换向器-电枢组件可以设计得轴向较短或者载有更多的电枢绕组69。换句话说，通过缩短总体换向器-电枢组件或者包括更多的电枢绕组69，设计师利用了较短的轮毂长度。

面型换向器组件12的浅槽56的一个其它优点是它们提供了柄舌42和槽56之间的周围接合区64。通过为蛤壳型模提供方便的密封表面，圆周接合区64消除了对更多复杂工作过程的需要，而这些复杂的工作过程包括罩住槽56从而防止复制模材料流出到和通过槽56。

在图12-14中，电马达的、焊接(不是碳复制模)圆柱体型碳片换向器组件结构的第一实施例一般用100来表示。在图20中，焊接圆柱体型换向器组件的第二实施例一般用100’来表示。在图20中带有符号撇号(’)的标号表示还可出现在第一实施例中的这些元件的替换形状。除非有其它说明，一部分下面描述使用了涉及这些附图的标号的地方，那部分描述同样可以应用到用图20中的带撇号标号所表示的元件上。

圆柱体型碳片换向器组件100的第一实施例包括12个沿圆周方向间隔分布的铜基体部分的、通常呈圆形的环形布置，在图12-14中，该铜基体部分一般用102来表示。基体部分102绕着在图13和14中用104来表示的旋转轴线而进行布置。12个沿圆周方向间隔布置的碳片的圆柱形环形布置由导电的碳成分来形成，在图12和13中用106来表示这些碳片。12个碳片106中的每一个被连接到12个金属基体部分102中的相应的一个上，从而形成12个换向器部分102、106。12个径向空隙的环形布置实际上把复合换向器部分102、106相互隔离开并且使它们相互之间形成电绝缘，在图12和14中用108表示径向空隙。环形碳片布置的复合外圆柱形表面限制出分段的、圆柱形换向表面，从而与电刷(未示出)形成物理接触和电接触，在图12中换向表面用110来表示。

在图12-14中通常用112来表示的绝缘轮毂设置在环形碳片布置内，并且机械地联锁住碳片106。最好如图13和14所示一样，碳片106借助于径向切口108使相互之间电绝缘，并且由绝缘轮毂112来机械地互连。

如图15所示一样，镍层和铜层114、116电镀到内部，即每个碳片106的底端面118，而铜层114被电镀到镍层116的上面。铜基体部分102被焊接到碳片106的相应电镀底端面118上，从而在碳片106和它们相应的基体部分102之间提供较强的机械和电连接。

最好如图14所示一样，每个铜基体部分102具有平的、锥形的、通常是梯形的主体120，该主体120具有弧形的外边缘122。如图12-14所示一样，U形终端124从每个主体120的弧形外边缘122处径向地和整体地向外延伸。最好在图13中用126来表示的柄舌从每个铜基体部分102的主体120处倾斜地向下和向外延伸。每个柄舌126嵌入在轮毂112内，从而增加了基体部分102和轮毂112之间机械锁紧强度。

如下面的更加详细的解释一样，从单个通常呈圆形的环形铜基体128中切割出基体部分102，该铜基体128被冲压而且由铜片形成。每个U形终端124被成形来有利于线圈电线(未示出)借助于焊接、应用导电粘性剂和/或物理地把这种线圈电线绕在终端124上来连接。

碳片106的成分包括从由均匀人工石墨、碳精和细颗粒的挤出石墨构成的该组中所选择出一种或者多种材料。该均匀人工石墨具有最好性能，但是也最贵。碳精是这三种中最便宜的。

每个碳片106具有水平的横截面形状，该横截面形状一般是梯形，并且一般与铜基体部分102的每个主体部分120的形状相配合。每个碳片106具有保持槽，在图13中保持槽用130来表示，该保持槽形成了与底端面118相对的每个碳片106的顶端132。

镍层和铜层114、116完全地和均匀地涂在每个碳片106的底端面118上。如下面所作的更加详细的描述一样，优先的电镀方法被用来把镍层和铜层114、116镀到碳片106的底端面118上。这种方法在碳片106的底端面114的孔隙(未示出)内深处沉积出镍离子。底端面114上的孔隙的特征于碳成分被用来形成碳片106。

焊接层(在图15中用132表示)结合在铜基体部分102和碳片106之间并且设置在它们之间，该焊接层15含有焊剂。该焊剂被混合到用在焊接过程中的焊膏上，从而确保碳片106和铜基体部分102之间的焊剂分布均匀并改进它们之间的机械接触和电接触。

轮毂112包括酚醛化合物如Rogers660并且被复制模制成整体形状，该整体形状包括环形轴部分，在图12-14中该环形轴部分用134来表示。环形轴部分134在环形盖部分(在图12和13中用136来表示)和环形底部(在图12-14中用138来表示)之间进行延伸。轴134、盖136和底部138共轴线地对准并且具有共同的内圆周表面，该内圆周表面形成直径不变的管子140，管子140的尺寸大小被定成可以安装在电马达的电枢轴(未示出)上。

轮毂112的盖部分136从轴部分134径向向外地延伸成环形上，该环形盖住碳片106的上端132的主要部分。轮毂112的盖部分136还占住碳片保持槽130，这些保持槽机械地把这些碳片106锁在一起。

与轮毂112的盖部分136相同，轮毂底部138从轴部分134径向向外延伸成环形，该环形包围了铜基体部分102的除U形接触部分124之外的全部其它部分。

在图29和30中，电马达的焊接面型碳片换向器组件结构一般用200来表示。该面型换向器组件200包括8个沿圆周方向间隔布置的铜基体部分的、一般呈圆形的环形布置，在图29和30中铜基体部分一般有202来表示。基体部分202绕着旋转轴线进行布置，在图29和30中用204来表示旋转轴线。8个沿圆周方向间隔布置的碳片(在图29和30中用206来表示这些碳片)的圆柱体环形布置由合适的导电碳成分如参照圆柱体型碳换向器组件100在前面描述过的这些碳成分形成。8个碳片206的每一个被连接到8个金属基体部分202中的相应的一个上，从而形成8个换向器部分202、206。8个径向空隙(这些空隙在图29和30用208来表示)的圆形布置把复合的换向器成分202、206相互物理地分开并且使它们相互之间电绝缘。由环形碳片布置所形成的复合圆形表面限制出分段的圆柱形换向表面(该换向表面在图29和30中用210来表示)，从而与电刷(未示出)形成物理接触和电接触。

绝缘轮毂(在图29和30中一般用212来表示)设置在环形碳片布置的下方并且机械地联锁住碳片206。碳片206借助于径向切口208使它们相互之间电绝缘，并且借助于绝缘轮毂212把它们机械地互联起来。

如图15所示一样，镍层和铜层214、216被镀到内部，即镀到每个碳片206的底端面218上，而铜层214电镀在镍层216上方。铜基体部分202焊接到碳片206的相应电镀底端面218上，从而在碳片206和它们的相应基体部分202之间提供高强度的机械和电连接。

每个铜基体部分202成形成与上面所描述的和图14所示的圆柱体型换向器组件100的基体部分102相同。每个基体部分202包括主体部分220、终端224和柄舌226。

每个碳片206具有水平横截面形状，该水平横截面形状一般是梯形的，并且通常与铜基体部分202的每个主体部分220的形状相配合。

镍和铜层214、216完全和均匀地涂在每个碳片206的底端面218上。如参照圆柱体型换向器100在上面所作的描述一样，并且如下面将要作更加详细描述的一样，优先的电镀方法被用来把镍层和铜层214、216镀到碳片106的底端面118上。

含有焊剂的焊接层(在图15中用232表示)结合在铜基体部分102和碳片106之间并且设置在它们之间。该焊剂被混合到用在焊接过程中的焊膏上，从而确保碳片106和铜基体部分102之间的焊剂分布均匀并改进它们之间的机械接触和电接触。

如圆柱体型换向器100一样，面型换向器组件200的轮毂212包括酚醛化合物如Rogers660并且被复制模制成整体形状，该整体形状包括环形轴部分，在图30中该环形轴部分用234来表示。环形轴部分234从环形底部分(在图30中用238来表示)处整体地并且轴向向下地进行延伸。轴234和底部238共轴线地对准并且具有共同的内圆周表面，该内圆周表面形成直径不变的管子240，管子240的尺寸大小被定成可以安装在电马达的电枢轴(未示出)上。

轮毂底部238从轴部分234径向向外延伸成环形，该环形包围了铜基体部分102的除U形接触部分124之外的全部其它部分。

实际上，根据本发明，借助于首先从圆柱体型换向器组件100的图16和17所示的铜片中冲压出上述铜基体128、228来构造出焊接圆柱体型或者面型碳换向器组件100、200。然后机加工出碳圆柱体142、242，或者由导电碳成分来模制出，如圆柱体换向器组件100的图18所示。

在构造圆柱体换向器组件100时，把圆形保持槽144模制成或者机加工成碳圆柱体142的外端或者顶端146。该槽与圆柱体142的内径和外径同心，并且设置在它们之间的接近中间的位置上。

在构造圆柱体和面型换向器组件100、200时，通过把镍层(在图15中用114、214来表示)和铜层(在图15中用116、216来表示)电镀到碳圆柱体142、242的底端面148、248上使内部即碳圆柱体142、242的底端148、248金属化。然后把金属化基体128、228焊接到碳圆柱体142、242的金属化底端148、248上。

在构造圆柱体换向器100时，然后轮毂112形成于碳圆柱体142内。在构造面型换向器200时，在把基体228焊接到碳圆柱体242的金属化底端表面248之前或者之后，轮毂212可以形成到金属化基体228的下部表面上。

对圆柱体型换向器组件100而言，空隙108被机加工成径向向内通过碳圆柱体142和金属化基体128，从而形成电绝缘的碳/金属换向器部分102、106。在形成了空隙108之后，复制模制好的轮毂112把换向器部分102、106物理地安装在一起。

对于面型换向器组件200而言，空隙208被机加工成轴向向内通过碳圆柱体242和金属化基体228，从而形成电绝缘的碳/金属换向器部分202、206。在形成了空隙208之后，轮毂212把换向器部分202、206物理地安装在一起。

对于圆柱体型和面型换向器组件100、200而言，模版印录过程(Stencil printing process)被用来把焊料(在图15中用132、232来表示)施加到碳圆柱体142、242的底端表面148、248上。根据这个过程，碳圆柱体142、242放置在模版印录机器(未示出)的盘形夹具上。然后，使该模版印录机器进行轮转，从而在碳圆柱体142、242的底端面148、248上放置模版(未示出)。模版罩住由底端面148、248的环形所限制出的中心孔。然后，该机器用橡皮滚子把一层焊膏涂在模版和金属化的碳圆柱体底端面148、248的露出部分上。然后该机器拆去模版，并且从碳圆柱体142、242中除去过量的焊膏。用在这种过程中的模版印录机器是De Hocurt Model EL-20。

在模版印录机器施加了焊膏之后，基体128、228与碳圆柱体142、242的底端面148、248共心地对准，并且放置成平靠在碳圆柱体142的、涂焊料的底端面148、248上。然后，把该组件100放置在回流炉(未示出)内，从而确保焊料132、232合适地结合该圆柱体和基体表面142、242、128、228。

如上所述一样，通过电解来施加镍和铜层114、214、116、216。更加具体地说，电刷型优选电镀过程被用来把镍和铜电镀到碳圆柱体底端面118、218上。电刷型优选电镀包括使用电解离子溶液分配器，该分配器呈手动棒形式，该手动棒在一端上具有吸收电刷敷贴器。通常由电镀金属所组成的阳极局部保持在形成于棒内的腔内。碳圆柱体142、242作为阴极而被充电。这个过程引起了非常高电解电流密度，当使敷贴器浸透了离子溶液并且拖过圆柱体142、242的底端面148、248时，该电流密度把金属离子深深地扔到碳圆柱体阴极142、242的孔隙内。这引起了极好的机械和电接触。合适的电刷型优选电镀过程详细地公开在美国专利5409593中。这个专利被转让给了Sifco工业公司，在这里引入该专利以作参考。

使碳圆柱体142、242的底端面148、248金属化的另一个方法包括：借助于首先提供锡与特殊过渡金属(典型地为Cr)(在合适的有机溶液或者粘合剂中，该过渡金属一般加入到接近5％的重量比，从而形成金属化膏，该金属化膏被涂到或者网格印刷到底端面148、248上)的金属粉未混合物，在碳圆柱体142、242的内部或者底端面148、248处形成薄的锡基化学反应区。然后，干燥该膏，并且一般在大约10-15分钟内把它用火加热到800-900℃。一氧化碳气体(CO)包含在燃烧空气中，从而有利于结合/湿润反应。在氮环境中燃烧该膏局部可以产生足够的CO，因为粘合剂被烧光了。这个过程使含锡多的成分直接冶金地结合到底端面148、248上，从而形成锡基化学反应区。该金属化表面在232℃(锡的熔点)时可以安全地回流，而不会从底端面148、248中去湿。通过把通常的焊料成分回流到金属化层，底端面148、248可以转化成焊料层，在图31中该焊料层用250来表示，该焊料层粘性地粘到底端面148、248上。包括上面步骤的合适的金属化过程可以从Oryx的技术公司中得到，它的商业名称为Intragene^TM。

为了形成圆柱体型换向器组件100的轮毂112，插入模制过程被用来在环形碳圆柱体142和金属基体128的上方、下方和内部模制出酚醛化合物。在这个过程中，酚醛化合物流到保持槽144中并且填充保持槽144。

对于圆柱体型和面型换向器组件100、200而言，借助于从铜片中冲压出圆环形铜基体128、228来形成各个铜基体部分102、202。如上所述，每个铜基体部分102、202包括一般是梯形的主体部分，该主体部分在圆柱体型换向器组件100的图16中用120来表示。终端124、224径向向外延伸，柄舌126、226从每个基体部分102、202的主体部分倾斜地向下和径向向外地延伸。终端124、224和柄舌126、226最好地表示在圆柱体型换向器组件的图13中和面型换向器组件200的图30中。

在它们从基体128、228中切割下来之前，借助于径向向外延伸的槽(这些槽在圆柱体型换向器组件的图16中用150来表示)使铜基体主体部分120局部相互分离。槽150从环形铜基体128、228的内部直径152处径向向外延伸。基体部分102、202通过沿圆周方向延伸的连接头来连接，该连接头在图16中用154来表示，该连接头连接向外延伸的槽150的径向外端。

在从铜片中冲压出圆环形铜基体128、228之后，通过从它的原始位置处向下并且径向向外地弯曲每个主体部分120、220的径向内端156来形成柄舌126、226，该原始位置与主体部分120、220的其它部分处于同一平面上。此外，每个终端124、224通过弯曲形成立式U形。

在构造圆柱体型换向器组件100时，从通过轮毂112的轴部134的碳圆柱体142的外部圆周表面110处径向向内地机加工出径向空隙(在图12和14中用108来表示)。在机加工出径向空隙108时，沿圆周方向延伸的基体部分连接头154被切通到向外延伸的径向槽150，从而分离这些金属基体部分102并且电绝缘它们。

根据焊接圆柱体型换向器的第二实施例，每个径向空隙的内槽部分158径向向外地被机加工或者模制成碳圆柱体142’的内圆周表面160’。如图20所示一样，然后电镀碳圆柱体的底端面148’，并且涂有模版印录机器上的焊膏。在模版印录过程中，内槽部分158用模版罩住，在施加焊膏之前，模版印录机器把该模版放置在碳圆柱体142’的已变形底端面148’的上方。该模版可以防止焊料132堆积在内槽部分158内。

一旦碳圆柱体142’被焊接到基体128’上，那么该轮毂(在图20中未示出)被复制模制。在复制模制过程，允许酚醛化合物流入到内槽部分158中，并且填充该内槽部分158。然后，从碳圆柱体142’的外圆周表面110’到填充有绝缘体的内槽部分158径向向内地机加工出空隙108的外槽部分。空隙108的外槽部分被机加工成与填充有绝缘体的内槽部分158对准并且连接它，从而连通径向空隙108。因此，每个径向空隙108具有填充有绝缘的酚醛化合物的内槽部分158和空的外槽部分。

圆柱体型换向器组件100的其它实施例可以包括许多电极而不是12个。同样地，面型换向器组件200的其它实施例可以包括许多电极而不是8个。此外，不是铜和镍的其它导电金属可以用来电镀内部即碳片106的底端面118。其它实施例还可以采用与图11所示终端14”相同的绝缘移动终端。在其它实施例中，轮毂112可以包括不是酚醛化合物的合适绝缘成分。

这是本发明的示意性描述，而这些示意性描述采用了描述语言而非限制性的。显然，根据上面教导，本发明的许多变形和改进是可能的。在权利要求的范围内，人们可以采用不是如上所述的说明来实现本发明。

Claims (59)

1．一种电马达的碳片换向器组件，该换向器组件包括：

至少两个沿圆周方向间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置；

至少两个沿圆周方向间隔布置的碳片的环形布置，该碳片由导电的碳成分形成，每个碳片至少复制模制成一个与一个导体部分相应的表面，该环形布置限制出换向器的分段换向表面；

一复制模制过的绝缘轮毂，绕着碳片和在这些碳片之间进行布置，绝缘体轮毂机械地联锁住碳片，并且包括一个外表面；

每个导体部分至少具有一个导体突出部，该突出部至少局部嵌入在相应的一个经复制模制的碳片中，从而通过增加每个导体部分和它的相应碳片之间的表面积接触来减少电阻。

2．如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；导体突出部包括多个窄的细长的金属股。

3．如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；导体部分由铜制成。

4．如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；换向器组件是平面型换向器组件。

5．如权利要求4所述的换向器组件，其特征在于；每个导体部分包括向外延伸的柄舌部分，每个导体部分嵌入在绝缘体轮毂和经复制模制的碳片之间，而每个导体部分的柄舌部分从绝缘体轮毂外表面上向外突出。

6．如权利要求5所述的换向器组件，其特征在于：还包括分开碳片的径向空隙，每个空隙具有填充有轮毂绝缘体材料的内槽部分和没有填充的外槽部分，绝缘体轮毂包括圆周接合区，而该接合区设置在所述柄舌和所述空隙的没有填充的外槽部分之间。

7．如权利要求1所述的换向器组件，其特征在于；该碳片包括碳粉未和载体材料的成分。

8．如权利要求7所述的换向器组件，其特征在于；碳片包括金属颗粒，而该金属颗粒嵌入在碳粉未和载体材料的成分之中。

9．如权利要求7所述的换向器组件，其特征在于；载体材料是从包括酚醛树脂、热固性树脂和热塑性树脂的组中选择出来。

10．如权利要求7所述的换向器组件，其特征在于；50-80％的碳成分重量由石墨形成。

11．一种电马达的碳片换向器组件，该换向器组件包括：

至少两个沿圆周方向间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置；

至少两个沿圆周方向间隔布置的碳片的环形布置，所述碳片由导电的碳成分形成，每个碳片至少复制模制在一个与一个导体部分相应的表面上，该环形布置限制出换向器的分段换向表面；

经复制模制的绝缘体轮毂绕着碳片和在这些碳片之间进行布置，绝缘体轮毂机械地联锁住碳片，并且包括一个外表面；及

金属颗粒嵌入在碳成分中，从而通过提高碳片表面的导电性来减少每个导体部分和它的相应碳片之间的电阻。

12．如权利要求11所述的换向器组件，其特征在于；碳成分包括碳粉未和载体材料。

13．如权利要求11所述的换向器组件，其特征在于；每个导体部分至少具有一个导体突出部，该导体突出部至少局部地嵌入在相应的一个经复制模制的碳片中。

14．一种电马达的碳片换向器组件，该换向器组件包括：

至少两个沿圆周方向间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置；

至少两个沿圆周方向间隔布置的碳片的环形布置，这些碳片由导电的碳成分形成，每个碳片至少复制模制在一个与一个导体部分相应的表面上，这些导体部分形成换向器部分的环形布置，换向器部分的环形布置包括轴向顶端面、轴向底端面和内部圆周表面，碳片的环形布置限制出换向器的分段复合的外圆周换向表面；及

复制模制过的绝缘体轮毂设置在换向器部分的环形布置的轴向顶端面、底端面和内部圆周表面上，从而机械地联锁住换向器部分，绝缘体轮毂包括中心轴向孔，该孔共心地设置在换向器部分的内部圆周表面内。

15．如权利要求14所述的换向器组件，其特征在于；

圆形保持槽设置在与底端面相对的换向器部分的环形布置的顶端面上；及

一部分绝缘体轮毂设置在保持槽内。

16．如权利要求14所述的换向器组件，其特征在于；每个导向器部分至少局部嵌入在一个碳片内，并且包括导体柄舌，该柄舌从碳片处径向向外地延伸。

17．如权利要求14所述的换向器组件，其特征在于：还包括分开碳片的径向空隙，每个空隙具有填有轮毂绝缘体材料的内槽部和空的外槽部。

18．如权利要求14所述的换向器组件，其特征在于；碳片包括碳粉未和载体材料的成分。

19．如权利要求18所述的换向器组件，其特征在于；碳片包括金属颗粒，而该金属颗粒嵌入在碳粉未和载体材料的成分之中。

20．如权利要求18所述的换向器组件，其特征在于；载体材料是从包括酚醛树脂、热固性树脂和热塑性树脂的组中选择出来。

21．如权利要求18所述的换向器组件，其特征在于；50-80％的碳成分重量由石墨形成。

22．一种制造碳换向器组件的方法，该换向器组件包括：至少两个沿圆周方向间隔布置的导体部分的环形布置，该导体部分绕着旋转轴线而布置；至少两个沿圆周方向间隔布置的碳片的环形布置，碳片由导电的碳成分形成，每个碳片至少形成在一个与一个导体部分相应的表面上，这些导体部分形成换向器部分的环形布置，换向器部分的环形布置形成中心轴向孔，碳片的环形布置限制出换向器的分段复合的换向表面；至少一部分复制模制过的绝缘体轮毂设置在中心轴向孔内，绝缘体轮毂机械地联锁住碳片；该方法包括如下步骤：

提供导体部分的环形布置；

把导电树脂结合的碳成分复制模制到环形导体部分布置上，从而提供碳复制模；

在与换向表面相对的碳复制模的内表面内形成内槽；

把绝缘材料复制模制到碳复制模和导体部分上，从而提供绝缘体轮毂，该绝缘体轮毂至少局部占住内槽并且机械地联锁住碳片；及

从碳复制模的换向表面到内槽向内机加工出槽，从而形成电绝缘碳片的环形布置，同时使这些片相互电绝缘。

23．如权利要求22所述的方法，其特征在于：形成内槽的步骤包括在复制模制导电树脂结合的碳成分的步骤内。

24．如权利要求22所述的方法，其特征在于：

复制模制导电树脂结合碳成分的步骤包括在碳复制模的轴向顶表面上形成保持槽的步骤；及

复制模制绝缘体材料的步骤包括使绝缘体材料流过顶表面和流入到保持槽内的步骤。

25．如权利要求22所述的方法，其特征在于：复制模制导电树脂结合碳成分的步骤包括把碳成分模制在导体部分的环形布置的上方和下方的步骤。

26．如权利要求22所述的方法，其特征在于：提供导体部分的环形布置的步骤包括从单个铜坯料中冲压出导体部分的环形布置的步骤。

27．如权利要求26所述的方法，其特征在于：冲压出导体部分的环形布置的步骤包括留下每个导体部分的步骤，而该每个导体部分借助于薄的金属带连接到铜坯料的未冲压成形的外边缘上。

28．如权利要求27所述的方法，其特征在于：还包括机加工出槽的步骤，这些槽足够浅从而留下圆周接合区，而该接合区设置在薄的金属带和槽之间的轮毂的外圆周表面上。

29．如权利要求27所述的方法，其特征在于：还包括：在复制模制碳复制模和导体部分布置的步骤之后，从绝缘体轮毂周围至少整理掉一部分没有冲压成形的铜坯料外周的附加步骤。

30．如权利要求28所述的方法，其特征在于：还包括如下步骤：把蛤壳型模设置在换向器组件和连接好的电枢的上方；

绕着圆周接合区密封蛤壳型模的一端；

把绝缘材料喷射到蛤壳型模中；

使喷射出来的绝缘体材料固化；及

拆下蛤壳型模。

31．一种电马达的碳片换向器组件，该换向器组件包括：

至少两个沿圆周方向间隔布置的金属基体部分的环形布置，该基体部分绕着旋转轴线而布置；

至少两个沿圆周方向间隔布置的碳片的圆柱体环形布置，所述碳片由导电的碳成分形成，每个碳片连接到相应的一个金属基体部分上，从而形成换向器部分，环形碳片布置的复合外圆柱形表面限制出分段圆柱形换向表面；

绝缘体轮毂设置在环形碳片布置内并且机械地联锁住碳片；及

第一金属层电镀到每个碳片的底端面上，金属基体部分焊接到碳片的相应电镀过的底端面上，从而提高了碳片和它们相应的基体部分之间的机械和电连接。

32．如权利要求31所述的换向器组件，其特征在于：一第二金属层电镀到该第一金属层上方。

33．如权利要求32所述的换向器组件，其特征在于：该第一金属层包括镍，该第二金属层包括铜。

34．如权利要求31所述的换向器组件，其特征在于：一些小空隙延伸到每个碳片的底端面上，该第一金属层的金属材料沉积在每个碳片的底端面上的空隙内。

35．如权利要求31所述的换向器组件，其特征在于：

每个碳片具有保持槽，该保持槽邻近与底端相对的每个相应碳片的顶端而形成，

该轮毂形成并进入该保持槽中。

36．如权利要求31所述的换向器组件，其特征在于：每个基体部分包括柄舌，该柄舌整体地向外延伸到轮毂上，该柄舌嵌入在轮毂内。

37．如权利要求31所述的换向器组件，其特征在于：每个碳片包括导电碳成分。

38．如权利要求37所述的换向器组件，其特征在于：每个碳片包括这样的材料成分，该材料成分包括从均匀人工石墨、碳精和细颗粒的挤出石墨构成的该组中选择出至少一种材料。

39．如权利要求31所述的换向器组件，其特征在于：轮毂包括酚醛化合物。

40．如权利要求31所述的换向器组件，其特征在于：还包括把复合换向器部分分开的径向空隙的圆形布置，每个空隙具有填充有轮毂绝缘体材料的内槽部分和未填充的外槽部分。

41．一种制造碳换向器组件的方法，该换向器组件包括：沿圆周方向间隔布置的金属基体部分的环形布置，该金属基体部分绕着旋转轴线而布置，沿圆周方向间隔布置的碳片的圆柱体环形布置，碳片由导电的碳成分形成，每个碳片被连接到相应的一个金属基体部分上，从而形成换向器部分的环形布置，环形碳片布置的复合外表面限制出分段换向表面，环形绝缘体轮毂机械地联锁住碳片，并且第一金属层电镀到每个碳片的内表面上，该金属基体部分焊接到相应电镀过的碳片内表面上，该方法包括这些步骤：

提供金属基体；

提供导电碳成分的环形碳圆柱体，该圆柱体具有内表面和外换向表面；

借助于把第一层金属材料结合到碳圆柱体的内表面上，使碳圆柱体的内表面金属化；

把金属基体焊接到碳圆柱体的金属化内表面上；

在支撑金属基体和碳圆柱体的位置上提供绝缘体轮毂；及

提供通过碳圆柱体和金属基体的径向空隙，从而形成电绝缘的碳/金属换向器部分。

42．如权利要求41所述的方法，其特征在于：使内表面金属化的步骤包括把第二层金属材料结合到碳圆柱体的内表面上的步骤。

43．如权利要求41所述的方法，其特征在于：使内表面金属化的步骤包括把一层金属材料电镀到碳圆柱体的内表面上的步骤。

44．如权利要求41所述的方法，其特征在于：使内表面金属化的步骤包括使用电刷型优选电镀过程的步骤。

45．如权利要求41所述的方法，其特征在于：通过下面步骤，使内表面金属化的步骤包括提供锡基金属化层的步骤，该金属化层包括位于碳圆柱体的内表面上的化学反应区：

形成锡与过渡金属的金属粉未混合物；

通过使金属粉未混合物与有机粘合剂混合，从而形成金属化膏；

把金属化膏施加到底端面上；

在具有一氧化碳的环境中使该膏加热到800-900℃；

并且焊接步骤包括这些步骤：

借助于使焊料成分回流到金属化层上，从而使金属化层转化成焊料层。

46．如权利要求45所述的方法，其特征在于：形成金属粉未混合物的步骤包括提供作为过渡金属的铬的步骤。

47．如权利要求46所述的方法，其特征在于：形成金属粉未混合物的步骤包括提供足够的铬从而构成重量接近5％的混合物的步骤。

48．如权利要求45所述的方法，其特征在于：施加金属化膏的步骤包括把该膏网板印刷到底端面上的步骤。

49．如权利要求45所述的方法，其特征在于：加热膏的步骤包括这些步骤：

在氮环境中加热膏；及

通过使粘合剂燃烧光来形成一氧化碳。

50．如权利要求41所述的方法，其特征在于：把基体焊接到碳圆柱体上的步骤包括把焊料膏施加到内表面上的步骤，该焊料膏含有焊剂。

51．如权利要求41所述的方法，其特征在于：把基体焊接到碳圆柱体上的步骤包括使用模版印录方法从而把焊料施加到碳圆柱体的内表面上的步骤，该模版印录过程包括这些步骤：

把模版放置在碳圆柱体的内表面上；

在该模版和碳圆柱体内表面的露出部分上提供一层焊料；以及

从碳圆柱体中拆去模版。

52．如权利要求41所述的方法，其特征在于：把基体焊接到碳圆柱体上的步骤包括把该组件放置在回流炉上的步骤。

53．如权利要求41所述的方法，其特征在于：提供轮毂的步骤包括在插入模制过程中把绝缘体材料复制模制到碳圆柱体和金属基体上从而形成轮毂的步骤。

54．如权利要求53所述的方法，其特征在于：复制模制步骤包括使绝缘体材料流到设置在圆柱体的轴向顶端上的保持槽内的步骤。

55．如权利要求54所述的方法，其特征在于：该方法包括这样的辅助步骤：

在提供轮毂的步骤之前，从碳圆柱体的内部圆周表面处把每个径向空隙的内槽部分径向向外地形成到碳圆柱体上，

复制模制步骤包括使绝缘体材料流到内槽内的步骤；及

提供径向空隙的步骤包括这样的步骤：从碳圆柱体的外圆周表面到填充有绝缘体的内槽部分，把空隙的外槽部分径向向内地机加工到碳圆柱体上。

56．如权利要求41所述的方法，其特征在于：提供金属基体的步骤包括从金属片中冲压出一般是圆环形的金属基体的步骤。

57．如权利要求56所述的方法，其特征在于：冲压成形步骤包括这样的步骤：从金属片中冲压出金属基体部分的圆环形布置，每个部分包括主体部分、从每个主体部分径向向外延伸的终端和从每个主体部分向内延伸的柄舌，该主体部分局部由径向向内延伸的槽来限制出，基体主体部分由连接头来连接。

58．如权利要求57所述的方法，其特征在于：冲压出金属基体部分的圆环形布置的步骤包括冲压出具有绝缘移动形状的、向外延伸的终端的步骤。

59．如权利要求57所述的方法，其特征在于：提供径向空隙的步骤包括机加工通过连接头的步骤。

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